DE602004010858T2

DE602004010858T2 - Kraftstofftank- Dampfentlastungsventil und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE602004010858T2
Application number: DE200460010858
Authority: DE
Inventors: Rudolph Bergsma
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2004-03-10
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2024-03-11
Also published as: AU2004200920A1; JP4487241B2; US6810862B2; MXPA04002929A; CA2461594A1; KR101121347B1; KR20120007485A; DE602004010858D1; EP1462289A2; EP1462289B1; US20040187850A1; KR20040085027A; EP1462289A3; JP2004293548A

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung von Kraftstoffdampf von einem Kraftstofftank zu einem Motorlufteinlass und zu einem Speicherbehälter.
In 2 ist ein bekanntes System veranschaulicht, das die Emission von Kraftstoffdampf in die Atmosphäre verhindert und bei dem Dampf von einem Kraftstofftank 1 durch eine Leitung 2 zu einer Leitungsverzweigung 3 strömt, die mit einem elektrisch betätigten Spülsteuerventil 4 und ferner mit einem Speicherbehälter 5 verbunden ist, der über ein elektrisch betätigtes Ventil 6 mit der Atmosphäre verbunden ist. Das Ventil 4 ist durch einen Motorcomputer bzw. -rechner 7 elektrisch gesteuert und weist einen Auslass auf, der mit dem mit dem Bezugszeichen 8 bezeichneten Luftansaugrohr bzw. Krümmer des Fahrzeugmotors verbunden ist.
Im Betrieb zieht das bekannte System nach 2 beim Motorstart und Öffnen des Spülsteuerventils 4 Dampf sowohl aus dem Kraftstofftank als auch aus dem Speicherbehälter über die Verzweigung 3 ein, was ein Spülen des Speicherbehälters bewirkt, jedoch auch dazu führen kann, dass ein hoher Unterdruck in dem Kraftstofftank erzeugt wird.
Außerdem weist das bekannte System nach 2 den Nachteil auf, dass in Zeiträumen mit hohem Lufteinlassdruckverlust oder hohem Unterdruck die begrenzte Strömung aus dem Behälter bewirken kann, dass in dem Kraftstofftank ein hoher Unterdruck herbeigeführt wird, der zu einer verstärkten Verdampfung von Kraftstoff in dem Tank führt.
EP 0 774 607 A2 beschreibt einen Anschluss an eine Pumpe für wenigstens zwei Verbraucher, der eine erste Versorgungsleitung für den ersten Verbraucher, eine zweite Versorgungsleitung, die zu dem zweiten Verbraucher führt und von der ersten Versorgungsleitung abzweigt, sowie ein Schaltorgan zum verschließen und Öffnen der zweiten Versorgungsleitung aufweist. Das Schaltorgan weist ein Ventilelement mit einer Ventilfläche auf, die mit einem Ventilsitz zusammenwirkt, der in der ersten Versorgungsleitung an der Verzweigung der beiden Versorgungsleitungen vorgesehen ist. Das Ventilelement ist über ein starres Kopplungsglied mit einer flexiblen Membran verbunden, die einen Teil der Wand der ersten Versorgungsleitung bildet. Zwischen einer Wand der ersten Versorgungsleitung und der Membran ist eine Feder eingefügt, die das Schaltorgan in die Schließstellung vorspannt. In einer Ausführungsform ist die Pumpe eine Vakuumpumpe, die einen Unterdruck in der ersten Versorgungsleitung erzeugt. Wenn dieser Unterdruck einen vorbestimmten Wert überschreitet, betätigt die Membran das Schaltorgan, das daraufhin öffnet, so dass der Unterdruck zu dem zweiten Verbraucher geliefert wird.
US-Patentschrift Nr. 5 417 240 beschreibt ein Kopfventil mit einem federvorgespannten Kopfventilelement, das in Reihe zwischen einem Kraftstofftankdruckeinlass und einem Dampfsammelbehälterauslass angeschlossen ist, und mit einem federvorgespannten Membransteuerelement, das in Reihe zwischen dem Kraftstofftankdruckeinlass und einem Signaldruckeinlass angeschlossen ist, der mit einem oberen Ende eines Einfüllrohrs strömungsmäßig verbunden ist. Das Steuerelement wird durch die Druckänderungen in dem Einfüllrohr, die einer Veränderung von einem normalen Fahrzeugbetrieb zu ei nem Betankungsvorgang entsprechen, betätigt, um sich auf das Kopfventilelement zu und von diesem weg zu bewegen, was zu einem entsprechenden Öffnen und Schließen des Kopfventilelementes führt, wodurch eine gewünschte Druckhöhe in dem Tank aufrechterhalten wird. In dem Kopfventilelement ist eine kleine Entlüftungsöffnung vorgesehen, die ein Ablassen von Druck aus dem Dampfbehälter zu dem Kraftstofftank ermöglicht, wenn in dem Tank Unterdruckbedingungen entstehen und das Kopfventilelement geschlossen ist.
Ein Beispiel eines Kraftstofftankdampfablassventils, bei dem der Atmosphärendruck gleich dem Referenzdruck festgelegt ist, ist in der JP 08 128 372 A angegeben.
Somit ist es erwünscht, einen Weg oder ein Mittel zur Steuerung einer Kraftstoffdampfströmung aus einem Tank zu schaffen, der bzw. das sowohl die Verhinderung einer Kraftstoffemission in die Atmosphäre ermöglicht als auch einen Zustrom zu dem Motorluftansaugkrümmer sicherstellt und eine Beschädigung an den Systemkomponenten verhindert.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein auf Druckdifferenz ansprechendes Steuerventil geschaffen, das in der Kraftstoffdampfentlüftungsleitung eines Dampfemissionssteuersystems angeordnet ist und die Motorlufteinlasszufuhr daran hindert, einen Unterdruck in dem Kraftstofftank zu erzeugen, jedoch eine verhältnismäßig starke Strömung eines Kraftstoffdampfs zu einem Speicherbehälter ermöglicht, wenn das Spülventil geschlossen ist. Die vorliegende Erfindung ist in den Ansprüchen 1 bzw. 11 definiert. Die abhängigen Patentansprüche geben spezielle Ausführungsformen der Erfindung an.
Das Ventil gemäß der vorliegenden Erfindung bildet ein federvorgespanntes Ventil in dem Ventilkammereinlassanschluss von der Tankdampfleitung; und die Kammer steht in offener Strömungsverbindung mit einem ersten Auslass, der zu dem Motorluftansaugrohr bzw. -krümmer führt, über das Entlüftungsventil sowie mit einem zweiten Auslass, der zu dem Speicherbehälter führt. Die auf das Ventil einwirkende Federvorspannkraft wird durch eine druckempfindliche Membran verändert, die auf die Druckdifferenz zwischen dem Druck in der Ventilkammer und dem Atmosphärendruck anspricht, wobei die Federvorspannung mit zunehmender Druckdifferenz gesteigert wird. Das Ventil gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch eine Feder derart vorgespannt, dass es die Entlüftungsleitung von dem Tank in Abhängigkeit von einem hohen Motorzuführunterdruck verschließt und dadurch die von dem Kraftstofftank herrührende Dampfströmung reduziert, jedoch eine offene Strömungsverbindung zwischen dem Behälter und dem Motoreinlassdampfspülventil aufrechterhält. Ein Ablass- bzw. Entlüftungskanal ist dazu vorgesehen, einen Dampfdruckanstieg in dem Kraftstofftank zu verhindern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Kraftstoffdampfemissionssteuersystems, das ein im Querschnitt dargestelltes Ventil enthält, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und
2 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Kraftstoffdampfemissionssteuersystems nach dem Stand der Technik.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bezugnehmend auf 1 ist dort ein System zur Kontrolle bzw. Steuerung der Kraftstoffdampfemission allgemein bei 10 angezeigt, das ein druckempfindliches Dampfentlüftungsventil enthält, das allgemein bei 12 angezeigt ist und einen Dampfeinlasskanal 14 aufweist, der angeschlossen ist, um Kraftstoffdampf von einem Kraftstofftank 16 aufzunehmen. Das Ventil 12 weist einen Spülströmungs-Auslasskanal 16 und einen Dampfspeicherungs-Auslasskanal 18 auf, die beide in offener Strömungsverbindung mit einer Ventilkammer 20 stehen, die in einem Ventilkörper 22 ausgebildet ist.
Der Spülauslasskanal 16 ist mit einem elektrisch betätigten Spülsteuerventil 24 verbunden, der durch einen Motorcomputer bzw. -rechner 26 gesteuert ist; und das Ventil 24 steuert den Zustrom zu dem Motoreinlassansaugkrümmer bzw. -rohr, der bzw. das mit dem Bezugszeichen 28 bezeichnet ist.
Der Auslasskanal 18 zur Dampfspeicherung ist mit einem Speicherbehälter 30 verbunden, der betrieben werden kann, um über ein Ventil 32 atmosphärische Spülluft zu empfangen, wenn gespeicherter Dampf aus dem Behälter 30 eingezogen wird. Das Ventil 32 kann einen Filter für Staub oder Schmutz enthalten und wird für fahrzeugeigene Diagnostik (OBD, On-Board Diagnostics) verwendet, und es ist normalerweise offen, außer wenn eine Diagnoseüberprüfung durchgeführt wird.
Ein Abschnitt der Wand der Ventilkammer 20 ist durch ein druckempfindliches Element, vorzugsweise eine flexible dampfundurchlässige Membran 34, gebildet, die eine Rücken- bzw. Stützplatte 36 mit einer Hubbegrenzungsfläche in Form eines Kranzes oder Rings 38 enthält.
Der Dampfeinlasskanal 14 weist einen Ventilsitz 40 auf, der vorzugsweise die Einlassöffnung zu der Kammer 20 bildet und an dem ein Ventilelement 42 anliegt, das ein Steuer- oder Führungselement 44 aufweist, das an diesem angebracht ist und sich in den Kanal 14 hinein erstreckt, um seine Bewegung zu führen, um eine Ausrichtung in Bezug auf den Ventilsitz 40 sicherzustellen. In der momentan bevorzugten Ausführung weist das Ventilelement 42 Hubbegrenzungsflächen in Form von Vorsprüngen 46 auf, die sich von diesem aus in einer Richtung von dem Ventilsitz weg erstrecken, um eine Bewegung des Ventilelementes 42 in einer von dem Ventilsitz wegweisenden Richtung zu begrenzen; außerdem stehen die Vorsprünge 46 mit der Membranstützplatte 36 in Kontakt, um den Hub des Ventilelementes 42 zu begrenzen.
Eine Einrichtung zur Ausübung einer Vorspannkraft auf das Ventilelement in einer Richtung zu dem Ventilsitz hin ist in Form einer Schraubenfeder ausgeführt, deren oberes Ende gegen das Ventilelement 42 abgestützt ist und deren unteres Ende sich gegen die Rücken bzw. Stützplatte 36 abstützt. Es ist verständlich, dass bei dieser Anordnung eine Bewegung der Membran 34 und der Stützplatte 36 Veränderungen der Länge der Feder 48 nach sich zieht und auf diese Weise die auf das Ventilelement 42 einwirkende Vorspannkraft verändert.
In der momentanen Ausführungsform der Erfindung steht der Ring 38 mit der oberen Kammerwand, die den Ventilsitz 40 umgibt, in Berührung, bevor die Feder 48 „aufgestapelt" wird oder sämtlicher Freiraum zwischen den Wicklungen geschlossen wird. Dies ist die Bedingung oder der Zustand, in die bzw. den das Ventil während eines normalen Betriebs gelangt. Das Ventil 42 ist gegen den Sitz 40 vorgespannt, um bei gesteuerter Einstellung eine Druckdifferenz in dem Tank in Bezug auf die Kammer 20 zur Steigerung des Dampfzustroms zu der Kammer 20 herbeizuführen.
Die von der Stützplatte 36 wegweisende Seite der Membran oder die untere Fläche der Membran nach 1 ist über den Kanal 50 der Atmosphärenluft ausgesetzt, so dass die Membran auf Veränderungen des Drucks in der Kammer 20 anspricht.
Ein Ablass- bzw. Entlüftungskanal ist vorgesehen, um einen kleinen oder begrenzten Dampfstrom aus dem Kanal 14 in die Ventilkammer 20 hinein und von den Kanälen 16, 18 aus nach außen zuzulassen, wenn das Ventilelement 42 an dem Ventilsitz 40 aufsitzt. In der momentan bevorzugten Ausführungsform weist der Ablasskanal eine Kerbe oder Aussparung 52 auf, die in dem Ventilsitz 40 ausgebildet ist. Es ist jedoch verständlich, dass der Ablasskanal in einer sonstigen Weise in dem Ventilkörper 22 zwischen dem Kanal 14 und der Kammer 20 ausgebildet sein kann.
Im Betrieb sind die Fläche der Membran 34 und die Federkonstante der Feder 48 derart gewählt, dass eine ausreichende Kraft zur Halterung des Ventilelementes 42 in Kontakt mit dem Ventilsitz 40 bereitgestellt wird, wenn die Druckdifferenz über der Membran mehr als zwei (2) Zoll H₂O (50,8 mm H₂O) beträgt, so dass während eines Motorbetriebs ein Unterdruck in dem Motorlufteinlass Dampf aus dem Speicherbehälter und durch den Entlüftungskanal 52 einzieht und somit verhindert, dass in dem Fahrzeugkraftstofftank 16 ein Unterdruck erzeugt wird.
Im Falle erhöhter Umgebungstemperaturen, die eine Erhöhung des positiven Dampfdrucks in dem Kraftstofftank hervorrufen, hebt der erhöhte Dampfdruck das Ventilelement 42 an und ermöglicht einen Dampfzustrom zu dem Behälter und zu dem Motor, wenn dieser zu dieser Zeit läuft.
Die vorliegende Erfindung schafft somit das druckempfindliche Steuerventil zur Steuerung eines Zustroms von Kraftstofftankdampf zu einem Einlass eines Motorluftansaugrohrs bzw. -krümmers und zu einem Speicherbehälter während Bedingungen mit laufendem Motor und bei abgeschaltetem Motor und schafft dies in einer Weise, die die Spülrate des Behälters steigert und das Spülen von Dampf aus dem Tank zu dem Motor reduziert.
Obwohl die Erfindung hier vorstehend anhand der veranschaulichten Ausführungsformen beschrieben worden ist, versteht es sich, dass die Erfindung Modifikationen und Veränderungen erfahren kann und lediglich durch die folgenden Ansprüche beschränkt ist.

Claims

Kraftstofftankdampfablassventil, das aufweist: (a) einen Ventilkörperaufbau (22), der eine Ventilkammer (20) mit einem Dampfeinlasskanal (14), der einen Ventilsitz (40) definiert und zum Anschluss an einen Kraftstofftank eingerichtet ist, und einem Behälterauslasskanal (18) sowie einem Spülauslasskanal (16) bildet, wobei jeder der Letzteren mit der Kammer in offener Strömungsverbindung steht; (b) ein druckempfindliches Element (34), dessen eine Seite einen Teil der Wand der Ventilkammer bildet, während eine von der einen Seite abgewandte Seite der Atmosphärenluft ausgesetzt ist (50), wobei das Element in Abhängigkeit von Druckänderungen in der Kammer bewegbar ist; (c) ein Ventilelement (42), das in der Kammer angeordnet und zwischen einer ersten Stellung, in der es an dem Ventilsitz anliegt, und einer zweiten Stellung, in der es von dem Ventilsitz abgehoben ist, bewegbar ist; und (d) eine Einrichtung (48), die auf das Ventilelement eine Vorspannkraft in Richtung auf die erste Stellung ausübt, wobei das druckempfindliche Element betrieben werden kann, um die Vorspannkraft in Abhängigkeit von seiner Bewegung derart zu verändern, dass die Vorspannkraft mit sinkendem Druck in der Kammer erhöht wird.
Kraftstofftankdampfablassventil nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung, die eine Vorspannkraft ausübt, eine Feder (48) enthält, deren ein Ende mit dem druckempfindlichen Element in Kontakt steht und deren entgegengesetztes Ende das Ventilelement berührt.
Kraftstofftankdampfablassventil nach Anspruch 1, wobei das druckempfindliche Element eine flexible Membran (34) aus einem Material geringer Durchlässigkeit enthält.
Kraftstofftankdampfablassventil nach Anspruch 1, wobei der Ventilkörperaufbau (22) eine in dem Ventilsitz ausgebildete Entlüftungsdurchgangsöffnung (52) enthält.
Kraftstofftankdampfablassventil nach Anspruch 1, wobei das druckempfindliche Element eine flexible Membran aufweist, die ein Material aus Polyethylenterephtalat (PET) enthält.
Kraftstofftankdampfablassventil nach Anspruch 1, wobei das Ventilelement einen Teil (44) enthält, der in dem Einlasskanal verschiebbar aufgenommen und darin geführt ist, um zwischen der ersten und der zweiten Stellung bewegt zu werden.
Kraftstofftankdampfablassventil nach Anspruch 1, wobei der Körper mehrere rohrförmige Elemente (16, 18) enthält, die sich von ihm aus nach außen erstrecken, wobei jedes von diesen jeweils einen der Dampfeinlass-, Behälterauslass- und Spülauslasskanäle bildet.
Kraftstofftankdampfablassventil nach Anspruch 1, wobei das druckempfindliche Element eine flexible Membran aufweist, die ein Fluorpolymermaterial enthält.
Kraftstofftankdampfablassventil nach Anspruch 1, wobei das druckempfindliche Element eine flexible Membran aufweist, deren eine Seite mit einem Metallüberzug zur Dampfundurchlässigkeit versehen ist.
Kraftstofftankdampfablassventil nach Anspruch 1, wobei das druckempfindliche Element aus einem Material ausgebildet ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, zu der im Wesentlichen Polytetrafluorethylen (PTFE), Ethylentetrafluorethylen (ETFE), fluorisiertes Ethylenpropylen (FEP) und Polyethylenterephtalat (PET) gehören.
Verfahren zur Herstellung eines Kraftstofftankdampfablassventils, das aufweist: (a) Schaffen eines Ventilkörpers (22) und Bilden einer Ventilkammer (20) in diesem, die über einen Ventilsitz (40) mit einem Dampfeinlasskanal (40) in Strömungsverbindung steht und die mit einem Spülauslass (16) sowie einem Behälterauslass (18) in offener Strömungsverbindung steht; (b) Ausbilden eines Teils der Wand der Ventilkammer mit einem druckempfindlichen Element (34) mit einer Oberfläche verhältnismäßig geringer Dampfdurchlässigkeit und Aussetzen der von der Kammer abgewandten Seite des druckempfindlichen Elementes der Umgebungsluft; (c) Anordnen eines Ventilelementes (42) in der Kammer und Vorspannen des Ventilelementes zu einer Schließposition in Bezug auf den Ventilsitz hin; (d) Verändern der Vorspannung in Abhängigkeit von Druckänderungen in der Kammer in einer derartigen Weise, dass die Vorspannkraft bei reduziertem Druck in der Kammer erhöht wird; und (e) Ausbilden eines Entlüftungsdurchgangs (52) und Umgehen des Ventilsitzes sowie Aufrechterhalten einer begrenzten Entlüftungsströmung zwischen dem Einlass und der Ventilkammer, wenn sich das Ventilelement in der Schließposition befindet.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Ausbildens eines Teils der Wand mit einem druckempfindlichen Element ein Bilden eines druckempfindlichen Elementes umfasst, das ein Polymermaterial enthält.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Bildens eines druckempfindlichen Elementes ein Bilden eines Elementes aus einem Polymermaterial mit einer metallbeschichteten Oberfläche enthält.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Anordnens eines Ventilelementes ein Anordnen eines Elementes enthält, das aus einem Elastomermaterial ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Ausbildens eines Entlüftungsdurchgangs ein Bilden einer Aussparung (52) in dem Ventilsitz enthält.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Anordnens eines Ventilelementes ein verschiebbares Führen (44) des Ventilelementes an dem Ventilkörper und ein Aufrechterhalten einer Ausrichtung des Ventilelementes mit dem Ventilsitz enthält.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Ausbildens eines Wandabschnitts mit einem druckempfindlichen Element ein Anordnen einer flexiblen Membran und das Ausbilden der Membran aus einem Material enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, zu der im Wesentlichen Ethylentetraflourethylen (ETFE), Polytetrafluorethylen (PTFE), fluorisiertes Ethylenpropylen (FEP) und Polyethylenterephtalat (PET) gehören.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Ausbildens eines Wandabschnitts mit einem druckempfindlichen Element ein Bilden einer flexiblen Membran aus einem Polymermaterial und eine Metallbeschichtung einer Seite der Membran enthält.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Metallbeschichtungsschritt ein Beschichten der einen Seite mit einem Materialfilm enthält, der im Wesentlichen aus Aluminium besteht.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Vorspannens des Ventilelementes ein Anordnen einer Feder (48) zwischen dem Ventilelement und dem druckempfindlichen Element enthält.